激光光源系统的制作方法

1.本实用新型涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种激光光源系统。


背景技术：

2.目前市面上主流的大功率激光模组为反射型激光模组，反射型激光模组的主要优点在于:1)荧光激发效率高，激光照射到波长转换装置的荧光层后，荧光层的荧光粉受激发，反射型基底会将光线反射回去，荧光层又再一次受到激发，故而反射型激光模组的激发效果要高于透射型荧光粉；2)散热效果好，反射型激光模组的散热衬底可以为导热性好的金属片，而透射型激光模组由于要求波长转换装置的基体材料需要透光，通常只能采用荧光陶瓷、荧光玻璃、蓝宝石等具有透光特性的材料，导热效果劣于金属材料，故而透射型激光模组的散热效果不及反射型激光模组。但反射型激光模组的光路结构和工艺复杂，且空间占用较大。而透射型激光模组其光路是直射式的，光学件、结构件的设计和固定比较容易，故而生产工艺更为简便，更适合稳定生产，但透射型激光模组则存在光通量不高、散热效果不佳、整体收光性不足等，也不能较好地满足市场要求。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种激光光源系统，用于解决现有的透射型激光模组光通量不高、整体收光性不足的问题。
4.本实用新型采取的技术方案如下：
5.一种激光光源系统，包括：发出激光光束的激光器组件，依次设置于激光组件的出光方向上的第一透镜组、荧光色轮、第二透镜组及出光透镜；所述第一透镜组用于收拢和/或聚焦激光光束，并将收拢和/或聚焦后的激光光束射向至荧光色轮；所述荧光色轮用于将激光转换为照明光；所述第二透镜组用于对照明光进行收拢和/或准直；经过收拢和/或准直的照明光经出光透镜出光；所述第二透镜组包括沿出光方向依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的焦距分别为f1、f2、f3，组合焦距为f，所述f1、f2和f3均大于0，激光激发荧光色轮的出光面到所述第三透镜的出光面的最远距离为l，所述l和f满足：1.52＜l/f＜1.88；所述第一透镜的有效通光孔径为d1，激光激发荧光色轮的发光面和所述第一透镜的间距间隙为l1，所述d1和l1满足：7《d1/l1《11。
6.在其中一个实施例中，所述第一透镜为平凸透镜；和/或所述第二透镜为双凸透镜或凹凸透镜；和/或所述第三透镜为非球面透镜；和/或所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均为玻璃透镜。
7.在其中一个实施例中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜所用材料的折射率nd满足：1.45＜nd＜1.88。
8.在其中一个实施例中，所述第一透镜组包括沿出光方向依次设置的第四透镜、第五透镜、匀光扩散片和第六透镜。
9.在其中一个实施例中，还包括用于支撑固定所述第一透镜组的支撑固定架；和/或
还包括用于支撑固定所述第一透镜组的聚光支架。
10.在其中一个实施例中，所述激光光源系统包括支撑固定架和聚光支架；所述支撑固定架上设有第一通孔，所述第一通孔的内壁设有用于容置所述第四透镜的第一台阶；所述聚光支架设有第二通孔，所述第二通孔的内壁设有用于容置所述第五透镜的第二台阶及用于容置所述匀光扩散片的第三台阶；所述第六透镜与所述匀光扩散片通过点胶的方式固定于所述聚光支架。
11.在其中一个实施例中，所述第四透镜和所述第五透镜之间设有压环。
12.在其中一个实施例中，还包括用于支撑固定所述第二透镜组的准直支架；和/或还包括用于支撑固定所述出光透镜的出光支架。
13.在其中一个实施例中，所述激光光源系统包括准直支架和出光支架，所述准直支架与所述出光支架螺纹配合。
14.在其中一个实施例中，所述激光光源系统还包括用于检测激光光照信号的光照感应模组，所述光照感应模组设于所述激光光束被所述荧光色轮激发后的光路上。
15.在其中一个实施例中，所述光照感应模组设于所述准直支架上。
16.在其中一个实施例中，还包括底板和与所述底板连接的散热器，所述激光器组件设于所述底板上。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
18.本技术方案采用大功率透射型的激光光源系统，光路为直射式，光学件、结构件的设计和固定简单，在结构和工艺方面更为简单，更适合稳定生产，且采用大功率激光光源，可获得较高的光通量和照度，同时，通过设置第一透镜组和第二透镜组对光束进行收拢和/或准直，提高整体收光性，较好地满足市场要求。并且，本技术方案中采用三个透镜组成的第二透镜组对发出的光线进行最大限度的收光，尽量避免光线的损失并保证光学效果，通过第一透镜、第二透镜、第三透镜的综合作用，使得所述收光系统可以兼顾大数值孔径、高收光率和小成像差异，所述收光系统的成像光学系统像差矫正度高，光学效果优异。
附图说明
19.图1为本实用新型的实施例所述的激光光源系统的爆炸图。
20.图2为本实施方式所述的第二透镜组的光学结构简图。
21.图3为图1中支撑固定架的结构示意图。
22.图4为图1中聚光支架的结构示意图。
23.图5为图1中准直支架的结构示意图。
24.图6为图1中出光支架的结构示意图。
25.附图标记：10、激光器组件；20、第一透镜组；21、第四透镜；22、第五透镜；23、匀光扩散片；24、第六透镜；25、压环；30、荧光色轮；31、波长转换单元；311、透光基体；312、荧光粉层；32、驱动件；33、叶轮；40、第二透镜组；41、第一透镜；42、第二透镜；43、第三透镜；50、出光透镜；60、支撑固定架；61、第一通孔；70、聚光支架；71、第二通孔；72、槽口；73、点胶槽；80、准直支架；81、第三通孔；82、第一螺纹；90、出光支架；91、第四通孔；92、第二螺纹；110、底板；120、散热器。
具体实施方式
26.本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
27.如图1-图2所示的一种激光光源系统，包括：发出激光光束的激光器组件10，依次设置于激光组件的出光方向上的第一透镜组20、荧光色轮30、第二透镜组40及出光透镜50；所述第一透镜组20用于收拢和/或聚焦激光光束，并将收拢和/或聚焦后的激光光束射向至荧光色轮30；所述荧光色轮30用于将激光转换为照明光；所述第二透镜组40用于对照明光进行收拢和/或准直；经过收拢和/或准直的照明光经出光透镜50出光；所述第二透镜组40包括沿出光方向依次设置的第一透镜41、第二透镜42和第三透镜43，所述第一透镜41、第二透镜42、第三透镜43的焦距分别为f1、f2、f3，组合焦距为f，所述f1、f2和f3均大于0，激光激发荧光色轮30的发光面(即图2中的a面)到所述第三透镜43的出光面的最远距离为l，所述l和f满足：1.52＜l/f＜1.88；所述第一透镜41的有效通光孔径为d1，激光激发荧光色轮30的发光面和所述第一透镜41的间距间隙为l1，所述d1和l1满足：7《d1/l1《11。
28.进一地，所述l和f优选满足：1.66≤l/f≤1.72。
29.进一地，所述d1和l1优选满足：8≤d1/l1≤9。
30.更具体地，本实施例中，f＝15mm，l＝24.9mm，d1＝9mm，l1＝1mm。在其他实施方式中，可为f＝14.5mm，l＝25mm，d1＝8mm，l1＝1mm。
31.本实施方式采用大功率透射型的激光光源系统，光路为直射式，光学件、结构件的设计和固定简单，在结构和工艺方面更为简单，更适合稳定生产，且采用大功率激光光源，可获得较高的光通量和照度，同时，通过设置第一透镜组20和第二透镜组40对光束进行收拢和/或准直，提高整体收光性，较好地满足市场要求。并且，本技术方案中采用三个透镜组成的第二透镜组40对发出的光线进行最大限度的收光，尽量避免光线的损失并保证光学效果，其中，第一透镜的有效通光孔径越大、则收光系统的数值孔径越大，但也并非为了提高数值孔径可使第一透镜的有效通光孔径不受限的增大，还需要综合考虑成像差、尺寸大小、空间装配性、光学件加工性等。第二透镜用于对第一透镜收光的光线进一步收拢和/或准直，并缩小收光系统的尺寸。第三透镜使用非球面透镜可以更好地矫正像差、保证准直度。通过控制各透镜的焦距、组合焦距、透镜组的长度、第一透镜的有效收光孔径等，使第二透镜组40的数值孔径大、收光率高，同时成像光学系统成像差异小，像差矫正度高，所得的收光性能和光学效果均优异。
32.本实施方式所述第一透镜41为平凸透镜；和/或所述第二透镜42为双凸透镜或凹凸透镜；和/或所述第三透镜43为非球面透镜。更具体地，所述第一透镜41为平凸透镜，其面向激光器组件的收光面为平面，背向激光器组件的出光面为凸面且曲率半径为r12；所述第二透镜42为双凸透镜或凹凸透镜，其背向激光器组件的出光面为凸面，所述第二透镜42面向激光器组件的收光面的曲率半径和背向激光器组件的出光面的曲率半径分别为r21和r22，|r22|*8＜|r21|＜|r22|*15，|r12|＜|r22|＜|r12|*1.7；所述第三透镜43为平凸非球面透镜，其面向激光器组件的收光面为平面，背向激光器组件的出光面为凸面且为非球面，所述非球面的近似球面曲率半径为r32，|r12|*0.8＜|r32|＜|r12|*1.6。
33.进一步地，所述第一透镜41、第二透镜42和第三透镜43的有效通光孔径分别为d1、
d2、d3，所述第一透镜41、第二透镜42和第三透镜43满足：1≤|r12|/d1≤3.5；1.3≤d2/|r22|≤1.84；0.34≤|r32|/d3≤0.75。进一步优选地，1.22≤|r12|/d1≤1.89，1.3≤d2/|r22|≤1.35；0.4≤|r32|/d3≤0.6。
34.所述d1、d2、d3满足：d1《d2《d3，且3*d1《d3《5*d1。
35.所述激光激发荧光色轮30的出光面和所述第一透镜41的间隙间距、所述第一透镜41和所述第二透镜42的间隙间距、第二透镜42和第三透镜43的间隙间距分别为l1、l2和l3，所述l1、l2和l3满足：：3*l1《l2，3*l3≤l2。第二透镜组40按照图2所示的从左至右的排列方式，本实用新型所述的间隙间距l1是指激光激发荧光色轮30的出光面和第一透镜41面向荧光色轮30的收光面的最短距离，间隙间距l2是指第一透镜41背向荧光色轮30的出光面和第二透镜42面向荧光色轮30的收光面的最短距离，间隙间距l3是指第二透镜42背向荧光色轮30的出光面和第三透镜43面向荧光色轮30的收光面的最短距离。
36.所述第一透镜41、第二透镜42和第三透镜43的中心厚度分别为t1、t2、t3，所述t3满足：2.2《d3/t3《4.4。进一步优选地，3≤d3/t3≤4。进一步优选地，t1《t2《t3。
37.所述第三透镜43的非球面的深度z满足：
[0038][0039]
其中，α1＝α6＝α7＝α8＝0。c为1/r，r为曲率半径，k为二次曲面系数；r为高度，α1至α8为非球面系数。
[0040]
本实施方式中所述第二透镜组40的收光效率很高，第二透镜组40的数值孔径不小于0.92，收光率大于90％。
[0041]
本实施方式所述第一透镜41、第二透镜42和第三透镜43均为玻璃透镜。所述第一透镜41、第二透镜42、第三透镜43所用材料的折射率nd满足：1.45＜nd＜1.88。
[0042]
本实施例使用平凸透镜、双凸或双凹透镜、非球面透镜进行组合，有效对光线进行收拢、准直，通过控制各透镜的参数，包括各透镜的焦距、透镜的组合焦距、各透镜的曲率半径、激光激发荧光色轮30的出光面到非球面透镜的出光面的最远距离等，能够实现激光的大角度收光。所述第二透镜组40的数值孔径大于0.92，收光率大于95％，且所述第二透镜组40的整体长度较短，像差小。
[0043]
本实施方式所述第一透镜组20包括沿出光方向依次设置的第四透镜21、第五透镜22、匀光扩散片23和第六透镜24。具体地，本实施方式第四透镜21、第五透镜22、匀光扩散片23和第六透镜24同轴设置，且第四透镜21、第五透镜22和第六透镜24均为平凸透镜，用于将激光光束汇聚于荧光色轮30，匀光扩散片23用于匀化激光光束，使照射到荧光色轮30的激光光斑更均匀，避免荧光粉烧粉。
[0044]
在其他实施方式，所述第一透镜组20可设置为包括至少两个平凸透镜的其他结构形式，只要满足将激光光束汇聚于荧光色轮30即可。
[0045]
本实施方式所述荧光色轮30包括波长转换单元31以及驱动所述波长转换单元31旋转的驱动件32。所述波长转换单元31为透射型波长转换单元31，具体为透射型荧光粉片，所述驱动件32为旋转马达，从而透射型荧光粉片可旋转。激光照射到波长转换单元31上时，由于激光的能量密度很高，激光若照射到固定不动的透射型荧光粉片上，热量会比较集中，且不能及时散发出去，非常容易发生烧粉现象。将波长转换单元31安装在旋转马达上，随马
达的转动波长转换单元31发生旋转。通过旋转设计，在激光光束位置固定不变的情况下，波长转换单元31的荧光材料的受激发点是在变化的，激光不是照射到某一个点上，而是以一定的轨迹照射到荧光材料上，类似以一个圆形轨迹激发荧光材料。激光光束照射到荧光色轮30后部分激光受激发产生受激光，受激光和未被转换的受激光混合后形成照明光。
[0046]
本实施方式所述波长转换单元31包括透光基体311和涂覆于所述透光基体311上的荧光粉层312。以本实施方式为例，所述透光基体311为蓝宝石基体，蓝宝石为高透光性材质，所述荧光粉层312为荧光粉和金属氧化物散射颗粒的混合物。
[0047]
本实施方式所述荧光色轮30还包括与所述波长转换单元31连接的叶轮33，在波长转换单元31旋转带动下，叶轮33可以较好地带动空气流动，辅助波长转换单元31散热。并且，本实施方式的叶轮33为金属材质，因叶轮33与波长转换单元31接触，故波长转换单元31的热量也能更好地传导出去，提高散热效果。
[0048]
在其他实施方式中，所述叶轮33也可直接与旋转马达连接，即与旋转马达的输出轴连接，也可旋转带动空气流动，辅助散热。
[0049]
本实施方式所述波长转换单元31还包括设于所述透光基体311上的增透膜和透射激光反射受激光的膜。本实施方式以激光器组件10为蓝色激光器为例，所述透射激光反射受激光的膜为反黄透蓝膜。所述增透膜的作用为使激发光尽量透过蓝宝石基体，避免激发光反射或散射，增大激光透过率，提高光线利用率。
[0050]
本实施方式所述波长转换单元31沿出光方向依次设置增透膜、透光基体311、透射激光反射受激光的膜以及荧光粉层312。即依次设置增透膜、蓝宝石基体、反黄透蓝膜以及荧光粉层312。
[0051]
由于经荧光色轮30转换后的照明光是朗伯型分布的发散状态的光，因此需要收光组件对朗伯型分布的照明光进行收拢和/或准直。第二透镜组40即起到对发散的照明光进行收拢和/或准直的作用。
[0052]
如图3-图4所示，本实施方式还包括用于支撑固定所述第一透镜组20的支撑固定架60以及聚光支架70。所述支撑固定架60上设有第一通孔61，所述第一通孔61的内壁设有用于容置所述第四透镜21的第一台阶；所述聚光支架70设有第二通孔71，所述第二通孔71的内壁设有用于容置所述第五透镜22的第二台阶及用于容置所述匀光扩散片23的第三台阶；并且，为了便于放置匀光扩散片23，所述第三台阶的边缘还设有槽口72，所述槽口72的数量可以为一个或至少两个，当为至少两个时，至少两个槽口72沿第三台阶的圆周方向间隔设置。
[0053]
具体地，本实施方式中的第四透镜21与第一台阶之间还设有硅胶垫圈，提高装配精度和装配稳定性，同时起到缓冲作用。同理，其他透镜与各台阶之间也可设置硅胶垫圈。
[0054]
所述第六透镜24与所述匀光扩散片23通过点胶的方式固定于所述聚光支架70。因此，所述第二通孔71的内壁还设有便于点胶的点胶槽73，所述点胶槽73的数量为一个或至少两个，当为至少两个时，至少两个点胶槽73沿第二通孔71的圆周方向间隔设置。
[0055]
另外，所述第四透镜21和所述第五透镜22之间设有压环25，压环25一方面起到固定第四透镜21和第五透镜22之间距离的作用，另一方面起到支撑第五透镜22的作用。
[0056]
如图5所示，本实施方式还包括用于支撑固定所述第二透镜组40的准直支架80，以及用于支撑固定所述出光透镜50的出光支架90。具体地，所述准直支架80上设有第三通孔
81，第三通孔81的内壁设有用于容置第二透镜组40中各透镜的台阶。同理，出光支架90设有第四通孔91，第四通孔91的内壁设有用于容置出光透镜50的台阶。
[0057]
如图6所示，为了便于装配，本实施方式所述准直支架80与所述出光支架90通过螺纹配合集成，即准直支架80上设有第一螺纹82，出光支架90上设有与所述第一螺纹81配合的第二螺纹92。
[0058]
本实施方式所述激光光源系统还包括用于检测激光光照信号的光照感应模组(图中未示出)，所述光照感应模组设于所述激光光束被所述荧光色轮30激发后的光路上。从而当感应到某种激光高于预设的上限值时，则关闭激光器组件10，避免激光对人眼造成伤害，提高激光光源系统的安全性能。
[0059]
本实施方式以用于监测蓝光为例，当蓝色激光激发荧光色轮30上的黄色荧光粉，部分蓝色激光会被转化为黄光，部分蓝色激光也会发生散射变成蓝光，黄光和蓝光混合形成照明光，视觉上照明光为白色。如果荧光粉烧粉，那么蓝光就不会受激发或少量受激发，从而导致蓝光占比较大，黄光占比较小或基本为零，而蓝激光不仅对人眼有较大伤害，同时存在其他安全威胁。
[0060]
本实施方式所述光照感应模组设于所述荧光色轮30与所述第二透镜组40之间，从而便于对被荧光色轮30激发后的激光进行监测。具体地，所述光照感应模组设置于准直支架80上。在其他实施方式中，光照感应模组也可设于第二透镜组40内。
[0061]
本实施方式光照感应模组包括串联的光敏二极管和分压电阻，光敏二极管一端与后台的控制单元连接，另一端接地，用于检测激光光照强度，并根据激光光照强度获取正常光照信号或异常光照信号，将所述正常光照信号或所述异常光照信号传输至控制单元；分压电阻一端接入电压，另一端与光敏二极管一端连接，用于对通过光敏二极管的正常光照信号或异常光照信号进行电压信号放大处理。与发光二极管不同的是，光照感应模组中的光敏二极管设有仅透过蓝光的滤光片，因为蓝光泄露容易造成安全隐患，所以本实施例中所采用的光敏二极管仅用于检测蓝光光照强度。
[0062]
本实施方式还包括底板110和与所述底板110连接的散热器120，所述激光器组件10设于所述底板110上。具体地，所述激光器组件10包括激光器转接电路板和设有若干激光器光源的激光器本体，激光器光源呈阵列方式排布，所述激光器转接电路板和所述底板110上均开设有互相配合的螺纹孔，且激光器转接电路板和底板110通过螺丝固定。
[0063]
所述激光器光源为光纤耦合激光器或半导体激光器。
[0064]
并且，本实施方式的支撑固定架60、激光器本体及底板110上设有互相配合的通孔或沉孔，通过同一螺丝可将激光器本体、支撑固定架60固定在底板110上，减少了连接件并简化了安装工艺。
[0065]
所述散热器120设于底板110上位于激光器组件10一侧，利于激光器组件10的散热，且散热器120由多个散热鳍片构成。
[0066]
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。